رأس من الفولاذ المقاوم للصدأ كمكون إغلاق لوعاء الضغط
الرأس المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ هو نهاية مشكلة لإغلاق أوعية الضغط والمبادلات الحرارية والمفاعلات والأعمدة وخزانات التخزين. توفر درجات الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة للتآكل عبر مجموعة واسعة من وسائط المعالجة، بما في ذلك الأحماض والقلويات والكلوريدات (ضمن حدود الدرجة) والمركبات العضوية والسوائل عالية النقاء.
يتم تشكيل الرأس من لوح أو صفائح من الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق الضغط الساخن أو البارد، أو الغزل، أو التقعير. تم تصميم هذا المنتج وتصنيعه وفقًا لمعايير ASME Section VIII Division 1 أو Division 2، و GB/T 25198 (رؤوس أوعية الضغط). يمكن توريد الرؤوس كقطع مشكلة، مع تحضير للحافة للحام، أو مصنعة بالكامل مع شفة ملحومة، وفوهات، وفتحات فحص.
أنواع الرؤوس - التصنيف الهندسي
رأس بيضاوي 2:1 (نصف إهليلجي)
-
نوع رأس وعاء الضغط الأكثر شيوعًا
-
العمق الداخلي (h) = القطر الداخلي / 4
-
نصف قطر المفصل (r) ≈ 0.17 × القطر الداخلي
-
نصف قطر التاج (R) ≈ 0.90 × القطر الداخلي
-
التطبيق: أوعية الضغط العامة، قنوات المبادلات الحرارية، قيعان المفاعلات، خزانات التخزين
-
المزايا: توزيع فعال للضغط؛ تكلفة تشكيل منخفضة للأقطار القياسية
-
القيود: إجهاد تشكيل أعلى في منطقة المفصل؛ غير مناسب للضغط العالي جدًا بدون زيادة السماكة
رأس كروي (مُشفّه ومُقعّر)
-
نصف قطر التاج (R): 0.80 × القطر الداخلي إلى 1.00 × القطر الداخلي (عادةً R = القطر الداخلي)
-
نصف قطر المفصل (r): 6% إلى 10% من القطر الداخلي (بحد أدنى 3% وفقًا لمعيار ASME VIII-1)
-
التطبيق: أوعية الضغط المنخفض، خزانات الغلاف الجوي، أغطية فتحات الوصول
-
المزايا: عمق ضحل (ارتفاع رأس منخفض)؛ تكلفة تشكيل أقل من الرؤوس البيضاوية
-
القيود: إجهاد أعلى عند المفصل؛ يتطلب مادة أسمك لنفس الضغط مقارنة بالرؤوس البيضاوية
رأس نصف كروي
-
نصف القطر = القطر الداخلي / 2 (كرة حقيقية)
-
العمق الداخلي (h) = القطر الداخلي / 2
-
التطبيق: أوعية الضغط العالي (أعلى من 10 ميجا باسكال)، تخزين المبردات، الأوعية النووية
-
المزايا: الحد الأدنى من السماكة للضغط والقطر المعطيين؛ أفضل كفاءة في الاحتفاظ بالضغط
-
القيود: يتطلب تشكيلًا من قطعتين (نصفين ملحومين معًا) للأقطار الكبيرة > 1500 مم؛ تكلفة تصنيع أعلى
رأس مخروطي
-
زاوية قمة المخروط: 30 درجة إلى 120 درجة (عادةً 60 درجة لأوعية الضغط)
-
التطبيق: قيعان القواديس، خزانات المعلقات، أوعية الترسيب، مناطق سحب المحفزات
-
المزايا: يوفر انتقالًا سلسًا للتدفق للمواد الصلبة أو المعلقات
-
القيود: إجهاد أعلى عند وصلة المخروط بالأسطوانة؛ يتطلب حلقة تقوية أو انتقال مفصل
رأس مسطح (لوحة دائرية)
-
السماكة محسوبة وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-34
-
التطبيق: أوعية الضغط المنخفض، أغطية الفحص، أغطية فتحات الوصول، أغطية قنوات المبادلات الحرارية
-
المزايا: تصنيع بسيط؛ أقل تكلفة للأقطار الصغيرة
-
القيود: يتطلب مادة أسمك للضغط؛ تركيز إجهاد عالٍ عند الحافة
درجات مواد الفولاذ المقاوم للصدأ - الاختيار حسب الخدمة
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي
الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج
الفولاذ المقاوم للصدأ المقوى بالترسيب
طرق التشكيل - اختيار العملية
التشكيل على البارد
-
درجة الحرارة: درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية - 40 درجة مئوية)
-
المعدات: مكبس انحناء، مكبس تقويس، أو مكبس هيدروليكي مع قوالب متطابقة
-
السماكة النموذجية: 2 مم - 20 مم (قابلة للتشكيل على البارد)
-
تعويض الارتداد: يتم تعديل أبعاد القالب بنسبة 0.5% - 2.0% من نصف قطر التاج لكل قوة خضوع للمادة
-
أقصى إجهاد تشكيل: ≤ 15% للفولاذ الأوستنيتي؛ ≤ 10% للفولاذ المزدوج (لمنع التشقق)
-
قياس الفريت (المزدوج بعد التشكيل على البارد): يجب أن يظل محتوى الفريت بين 35% - 65% وفقًا لمعيار ASTM E562. قد يزيد التشكيل على البارد الفريت إلى > 65% - يتطلب تلدينًا بالذوبان.
-
بعد التشكيل على البارد: تلدين بالذوبان (تسخين إلى 1040 درجة مئوية - 1100 درجة مئوية، تبريد بالماء) للفولاذ الأوستنيتي إذا كان إجهاد التشكيل > 10% أو إذا كانت الخدمة تتطلب أقصى مقاومة للتآكل (وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-79)
التشكيل على الساخن
-
درجة الحرارة: 900 درجة مئوية - 1100 درجة مئوية (الفولاذ الأوستنيتي)؛ 1000 درجة مئوية - 1150 درجة مئوية (الفولاذ المزدوج)
-
معدل التسخين: ≤ 150 درجة مئوية/ساعة (لمنع نمو الحبيبات)
-
جو التشكيل: تطهير بالغاز الخامل أو طلاء واقٍ لمنع الأكسدة والتقشر
-
بعد التشكيل على الساخن:
-
الفولاذ الأوستنيتي: تلدين بالذوبان عند 1040 درجة مئوية - 1060 درجة مئوية، تبريد أو تبريد سريع بالهواء
-
الفولاذ المزدوج: تلدين بالذوبان عند 1040 درجة مئوية - 1080 درجة مئوية، تبريد بالماء (لاستعادة توازن الفريت/الأوستينيت)
-
للسماكة > 20 مم: يلزم التبريد لمنع ترسيب الكربيد وتكوين طور سيجما (المزدوج)
الغزل (التشكيل بالتدفق)
-
العملية: يتم تدوير اللوح والضغط فوق قالب لتشكيل محيط الرأس
-
درجة الحرارة: بارد أو ساخن (غزل دافئ عند 200 درجة مئوية - 400 درجة مئوية للفولاذ المزدوج)
-
السماكة النموذجية: 2 مم - 12 مم
-
التطبيق: رؤوس ذات جدران رقيقة لخزانات التخزين، أوعية الضغط المنخفض، الأقطار الكبيرة
-
المزايا: تكلفة قوالب منخفضة؛ مناسبة للأقطار > 2000 مم
-
القيود: انخفاض السماكة في منطقة التاج (عادةً 5% - 10% ترقق في الجدار)؛ يجب قياس السماكة وتعويضها في تصميم القطعة الفارغة
تصميم السماكة - الحد الأدنى للسماكة المطلوبة
يتم حساب الحد الأدنى للسماكة المطلوبة لكل نوع رأس وفقًا لمعيار ASME VIII-1:
رأس بيضاوي 2:1 (وفقًا لـ UG-32(d))
-
الصيغة: t = (P × D) / (2 × S × E - 0.2 × P) × عامل تصحيح
-
حيث: P = ضغط التصميم، D = القطر الداخلي، S = الإجهاد المسموح به، E = كفاءة الوصلة
-
عامل تصحيح للبيضاوي 2:1: 1.0 (عامل قياسي مطبق لـ D/2h = 2.0)
-
لـ D/2h ≠ 2.0: تطبيق حساب مؤشر الإجهاد وفقًا للملحق 1-4
رأس كروي (وفقًا لـ UG-32(e))
-
الصيغة: t = (0.885 × P × L) / (S × E - 0.1 × P)
-
حيث L = نصف قطر التاج (عادةً L = D للرؤوس الكروية القياسية)
-
يجب أن يكون نصف قطر المفصل ≥ 6% من D (بحد أدنى 3% وفقًا لمعيار ASME VIII-1)
رأس نصف كروي (وفقًا لـ UG-32(f))
رأس مسطح (وفقًا لـ UG-34)
-
الصيغة: t = d × sqrt(C × P / S × E)
-
حيث: d = القطر، C = عامل تقييد الحافة (0.33 - 0.50)
-
تعتمد قيمة C على طريقة تثبيت الحافة (ملحومة، مثبتة بمسامير، أو متكاملة)
تفاوت السماكة (الرأس المشكل)
-
الحد الأدنى للسماكة المشكلة بعد التشكيل: ≥ 90% من السماكة الاسمية وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-79
-
يجب تضمين بدل الترقيق في اختيار سماكة لوحة القطعة الفارغة
-
قياس السماكة: 10% من مساحة السطح (بحد أدنى 5 نقاط) - مقياس سماكة بالموجات فوق الصوتية
تفاوت الأبعاد (وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198)
اللحام والتصنيع - تحضير اللحام
وصلة لحام الرأس بالهيكل
-
زاوية الشطف: 30 درجة - 37.5 درجة (شطف V مفرد أو مزدوج)
-
فجوة الجذر: 2 مم - 4 مم
-
وجه الجذر: 1 مم - 2 مم
-
معدن الحشو:
-
304L - ER308L
-
316L - ER316L
-
321 - ER321
-
347H - ER347
-
مزدوج 2205 - ER2209
-
عملية اللحام: GTAW (TIG) أو SMAW (قطعة) أو SAW (قوس مغمور) - وفقًا لمعيار ASME Section IX
-
غاز خلفي: تطهير بالأرجون لطبقة الجذر على الفولاذ الأوستنيتي والمزدوج
ملحقات الفوهات ووسادات التقوية
-
الفوهات: ملحومة بمنطقة تاج الرأس أو المفصل - يلزم وجود وسادة تقوية وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-37 إذا تجاوز الفتح الحجم المسموح به
-
الحد الأدنى للمسافة بين مركز الفوهة وخط مماس الرأس: ≥ 0.5 × قطر خارجي للفوهة (لمنع تراكب اللحام لمنطقة المفصل)
-
جميع الملحقات: 100% PT على سطح اللحام النهائي
معالجة ما بعد اللحام (PWHT) لرؤوس الفولاذ المقاوم للصدأ
-
الفولاذ الأوستنيتي (304L/316L): لا تتطلب PWHT عادةً؛ ومع ذلك، يوصى بالتلدين بالذوبان عند 1040 درجة مئوية - 1100 درجة مئوية مع تبريد بالماء بعد التشكيل على الساخن أو بعد لحام الأجزاء السميكة (> 20 مم) لاستعادة مقاومة التآكل
-
الفولاذ المزدوج: تلدين بالذوبان عند 1040 درجة مئوية - 1080 درجة مئوية مع تبريد بالماء بعد أي تشكيل على الساخن أو لحام للأجزاء السميكة لاستعادة توازن الفريت/الأوستينيت ومنع طور سيجما
-
321/347H: تلدين بالذوبان عند 1040 درجة مئوية - 1060 درجة مئوية بعد التشكيل على الساخن أو اللحام إذا كان التحسس مصدر قلق
-
تخفيف الإجهاد (400 درجة مئوية - 450 درجة مئوية) لمدة 17-4PH بعد اللحام - وفقًا لتوصية الشركة المصنعة
التشطيب السطحي والتخميل
السطح الداخلي والخارجي
-
تشطيب المصنع (كما تم تشكيله): سطح تشكيل قياسي، Ra 3.2 ميكرومتر - 6.3 ميكرومتر
-
تشطيب مُخلّل: حمام حمضي (HF/HNO₃) لإزالة طبقة القشور والأكسيد - يستعيد مقاومة التآكل
-
تشطيب مُخمّر: معالجة بحمض النيتريك أو حمض الستريك لإزالة تلوث الحديد وإعادة تكوين الطبقة الخاملة - مطلوب للأدوية والأغذية والخدمات الأكالة
-
تشطيب مصقول كهربائيًا: Ra ≤ 0.4 ميكرومتر - لخدمات الأدوية والتكنولوجيا الحيوية والمياه فائقة النقاء
-
تشطيب مصقول ميكانيكيًا: Ra 0.8 ميكرومتر - 1.6 ميكرومتر (حبيبات 180 - 320) - لخدمات الأغذية والألبان ومستحضرات التجميل
إجراء التخليل والتخميل
-
محلول التخليل (للفولاذ الأوستنيتي): 10% - 20% HNO₃ + 1% - 3% HF، درجة الحرارة 20 درجة مئوية - 50 درجة مئوية، وقت الغمر 10 - 60 دقيقة
-
محلول التخميل (للفولاذ الأوستنيتي): 20% - 40% HNO₃، درجة الحرارة 40 درجة مئوية - 50 درجة مئوية، وقت الغمر 30 - 60 دقيقة
-
بعد المعالجة: اشطف بالماء منزوع المعادن، جفف بالهواء الخالي من الزيت
-
التحقق من التخميل: اختبار Ferroxyl وفقًا لمعيار ASTM A380 - لا يوجد تلون أزرق (يشير إلى إزالة الحديد الحر)
الفحص والاختبار لكل رأس
الفحص البعدي
-
نصف قطر التاج: قالب أو مسح ثلاثي الأبعاد - تفاوت وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-81
-
العمق الداخلي: مقياس العمق - تفاوت ±1.0%
-
السماكة: مقياس سماكة بالموجات فوق الصوتية عند 10% من مساحة السطح - الحد الأدنى للسماكة ≥ 90% اسمي
-
عدم الاستدارة: شريط قياس القطر عند خط المماس - ≤ 1.0% من القطر الداخلي
-
طول الشفة المستقيمة واستدارتها: فرجار وشريط قياس - تفاوتات حسب الرسم
الفحص غير الإتلافي (NDE)
اختبار الضغط (عند لحامه بالوعاء أو اختباره كإغلاق مستقل)
-
اختبار هيدروستاتيكي وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-99: ضغط الاختبار = 1.3 × ضغط التصميم × (S عند درجة حرارة الاختبار / S عند درجة حرارة التصميم)
-
وسط الاختبار: ماء نظيف أو ماء منزوع المعادن (لتجنب تآكل إجهاد الكلوريد على الفولاذ المقاوم للصدأ)
-
حد الكلوريد في ماء الاختبار: ≤ 50 جزء في المليون (للفولاذ الأوستنيتي) لمنع SCC؛ ≤ 200 جزء في المليون للفولاذ المزدوج
-
مدة الاحتفاظ: 30 دقيقة كحد أدنى
-
القبول: لا يوجد انخفاض في الضغط؛ لا يوجد تسرب مرئي عند وصلات اللحام
الوثائق لكل شحنة
-
شهادات اختبار المواد (EN 10204 3.1 أو 3.2) - مادة اللوح ومواد الحشو
-
تقرير بيانات ASME U-stamp (إذا كان ذلك ممكنًا)
-
ورقة بيانات GB/T 25198 (إذا كان المعيار محليًا)
-
تقرير الفحص البعدي (نصف قطر التاج، العمق، السماكة، عدم الاستدارة، الشفة المستقيمة)
-
تقارير NDE - فحص سطح PT، فحص رقائق UT، فحص لحام RT/UT (إذا كان ملحومًا)
-
مواصفات إجراء التشكيل (FPS) وسجلات التشكيل (درجة الحرارة، معدل التسخين، معدل التبريد)
-
تقرير قياس السماكة (سجلات مقياس السماكة بالموجات فوق الصوتية)
-
شهادة التخليل/التخميل (إذا تم إجراؤها) - بما في ذلك تركيز الحمام ودرجة الحرارة والمدة
-
اختبار التحقق من التخميل (اختبار Ferroxyl) - إذا لزم الأمر
-
مخطط المعالجة الحرارية (سجل وقت ودرجة حرارة التلدين بالذوبان) - إذا تم إجراؤه
قائمة اختيار - رأس الفولاذ المقاوم للصدأ
-
نوع الرأس - بيضاوي 2:1 / كروي / نصف كروي / مخروطي / مسطح
-
معرف الهيكل (القطر الداخلي) - يحدد حجم وعمق الرأس
-
ضغط التصميم - يحدد الحد الأدنى للسماكة وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UG-32
-
درجة حرارة التصميم - تحدد الإجهاد المسموح به (S) وفقًا لمعيار ASME II-D ودرجة المادة
-
سائل المعالجة - يحدد درجة الفولاذ المقاوم للصدأ (304L / 316L / 321 / 347H / مزدوج)
-
تركيز الكلوريد - إذا كان > 200 جزء في المليون، اختر 316L (≤250 جزء في المليون)، مزدوج 2205 (≤300 جزء في المليون)، أو فائق الازدواج 2507 (>300 جزء في المليون)
-
تفضيل طريقة التشكيل - التشكيل على الساخن (سميك > 20 مم) أو التشكيل على البارد (رقيق ≤ 20 مم)
-
متطلبات التشطيب السطحي - مصنع / مُخلّل / مُخمّر / مصقول كهربائيًا / مصقول ميكانيكيًا
-
ملحقات الفوهات المطلوبة - توفير جدول الفوهات (الحجم، التصنيف، الاتجاه، الإسقاط)
-
متطلبات PWHT - بناءً على المادة والسماكة والخدمة (عادةً تلدين بالذوبان للفولاذ المقاوم للصدأ)
-
متطلبات NDE - وفقًا لمعيار ASME VIII-1 أو حسب مواصفات المشروع
-
تحضير اللحام - نوع حافة الشطف (V مفرد / V مزدوج) وزاوية الشطف (إذا تم توريده مع تحضير اللحام)
-
ضغط الاختبار - للاختبار الهيدروستاتيكي وفقًا لـ UG-99 (إذا تم توريده كإغلاق مُختبر مسبقًا)
بيان قيود التصميم - رأس الفولاذ المقاوم للصدأ
يخضع رأس الفولاذ المقاوم للصدأ كمنتج مستقل للقيود التالية:
-
لا يتم تصنيفه للضغط الداخلي حتى يتم لحامه بهيكل أو شفة؛ يتم اشتقاق تصنيف الضغط من الوعاء المجمع الكامل
-
غير مناسب للخدمة المحتوية على الكلوريد > 200 جزء في المليون دون اختيار الدرجة المناسبة (316L لـ ≤250 جزء في المليون، مزدوج لـ ≤300 جزء في المليون، فائق الازدواج للتركيزات الأعلى)
-
غير مناسب للاختبار الهيدروستاتيكي بالماء المحتوي على الكلوريد > 50 جزء في المليون (للفولاذ الأوستنيتي) - خطر تآكل الإجهاد بالكلوريد (SCC)
-
غير مناسب لدرجات حرارة الخدمة فوق 600 درجة مئوية (الفولاذ الأوستنيتي) أو فوق 280 درجة مئوية (الفولاذ المزدوج) - سيحدث تحول طور المادة أو الزحف فوق هذه الحدود
-
غير مناسب للدورات الحرارية الشديدة (> 1000 دورة/سنة) بدون تحليل إجهاد التعب وفقًا لمعيار ASME VIII-2 - قد تسرع الإجهادات المتبقية من التشكيل على البارد فشل التعب
-
بالنسبة للرؤوس التي تتطلب تلدينًا بالذوبان بعد التشكيل، يجب إعادة تبريد الجزء؛ يؤثر معدل التبريد على الخصائص الميكانيكية النهائية
